一 isdb-t概要
1 总体情况
日本采用的地面传输制式不限于单独传输数字电视(图像和伴音),也包括了独立的声音和数据广播,这几者可以单独存在或任意地组合,构成在带宽6mhz内的一路节目或多路节目。isdb-t系统包括发送部分和接收部分,发送部分的输入是信源编码部分的输出,发送部分的输出是加给发射机输入端的中频已调制信号,在发射机内上变频成射频信号去往馈线和天线。tsdb-t在信源编码中,图像信号也按mpeg-2的压缩标准。根据rec.itu-rbt.601-5,对于sdtv,图像源格式应是720(704)×480像素数,取样频率为4:2:0模式。至于声音信号的信源编码,日本既未采用mpeg-2的压缩标准(iso/iec13818-3),即所谓的musicam(掩蔽型通用子带综合编码和复用),也未采用atsc中的dolbyac-3(音频编码-3)标准,而是采用基于mpeg-4的aac(高级ac)压缩方式。isdb-t系统中的接收部分,输入信号是cofdm调制的射频信号,输出信号是加给信源解码部分输入端的信道解码信号。图1中简要示明了系统框图。
2 isdb-t的传送带宽
为了与地面电视广播的原频道规划(每频道6mhz)相适配,isdb-t中每个频道的传送带宽为(432khz×13+4khz)=5.62mhz或(432khz×13+1khz)=5.617mhz。这里,是以每432khz作为一个独立的ofdm(正交频分复用),6mhz内可包含13段ofdm。而每个ofdm段由数据段和导频信号组成,或者说ofdm段是指在数据段中加入各种导频信号后于432khz带宽内传送的信息数据流。每个数据段可以独立地指定其载波调制方式(16qam、64qam、qpsk或dqpsk)、内码编码率(1/2、2/3、3/4、5/6、或7/8)、保护间隔比和时间交织深度等。
作为对比,欧洲dvb-t8mhz或7mhz的每路频道是作为一个总体来处理的,对全部载波的调制方式只能是一种(16qam、64qam或qpsk),内码编码率基本上是一种(1/2、2/3、3/4、5/6、或7/8),保护间隔比也只能是一种(1/4、1/8、1/16或1/32)。由此可见,isdb-t在这些方面其信号处理与dvb-t基本上相同,但是更灵活些,可按电视、声音、数据的不同需求优化地选用。
3 传送信号形式
isdb-t中,根据iso/iec13818-1(mpeg-2,系统)实施传送信号的复用。每一个物理通道(6mhz)为一个基本ts(传送流),其中13个ofdm段可构成有统一参数选择的单一大块,也可以分为具有不同参数选择的几个块层,最多为4个块层。接收端接收时,可以对13段ofdm整体接收,也可以部分接收,即只接收13段ofdm里中央的一段ofdm,图2示出了不分块层整体接收和分块层部分接收的两种情况。
由图可见,一个块层内包含的ofdm段的数目并无限定,可多可少?lt;13),而部分接收时总是接收中央的一段,即是接收一个物理通道(6mhz)内基本ts流的一部分。
4 传送参数
isdb-t的每432khz内载波间隔有4khz与1khz两种。另外,为了接收端能抗多径干扰,在每个有效符号持续期tu(=1/载波间隔)上增加一个保护间隔持续期△,按规定△/tu的取值有4种(1/4、1/8、1/16、1/32)。因此,一个ofdm段的传送参数如表1所示。
至于整个isdb-t物理通道6mhz内的传送参数,如表2所示。
表2中,差动调制段是指dqpsk(差动四相移相键控)调制方式的ofdm段,其余的调制方式均为同步调制段。
众所周知,数字信号经信道编码后再调制传输时,人们关心的一是在给定的通道带宽内数据传输的总码率,二是误码检纠错能力,显然,这两者间是存在矛盾的,由此,设计者可根据不同的总码率和可靠性需求在各种调制方式、卷积编码率和保护间隔比等方面确定相应的参数值。
表3给出了isdb-t中1段ofdm的码率(单位kbps),而括号内的数字则是13段的总码率(单位mbps)。
由表3可见,最大传送码率为23.420mbps。作为对比,美国的6mhz、atsc制式中传送总码率为21.52mbps。
5 有关术语的含义
(1)模式1和模式2
它们分别表示载波间隔4khz(一个ofdm段内载波数108个)和1khz(一个ofdm段内载波数432个)的两种调制模式。
(2)ofdm帧
是指由204个ofdm符号组合构成的传送信号帧。每个ofdm符号则由持续期为ts(=△+tu)的k个有效载波组成,k=1405或5617。对每个载波可以由v个比特进行调制,形成星座图上的一个点,在qpsk和dqpsk中v=2比特,在16qam中v=4比特,在64qam中v=6比特。
(3)差动调制部分
按dqpsk进行调制的ofdm段的集合称为差动调制部分。
(4)同步调制部分
按qpsk、16qam、64qam进行调制的ofdm段的集合称为同步调制部分。
(5)三种导频信号
每个ofdm帧内除了传输数据符号外,还传送散布导频(sp)、连续导频(cp)蚑mcc导频信号,它们应用于帧同步、频率同步、时间同步、信道均衡估计和传输模式识别等控制信息。在图3的帧结构图上,示意画出同步调制中一个ofdm帧内诸导频信号的插入情况。
散布导频(sp)插入于同步调制符号中,在ofdm载波方向(图3中的水平方向)和ofdm符号方向(图3中的垂直方向)上散布地配置,按规定受到bpsk调制。连续导频(cp)插入于全部13个ofdm段中,在ofdm符号方向上按规定受到bpsk调制的导频信号。tmcc导频插入于全部13个ofdm段中,携载有用于指明isdb-t模式的诸信息,受到dbpsk调制。
二 信道编码方式
信道编码部分的方框图如图4所示。
外编码为缩短的rs(里德一索罗门)码(204、188、t=8),采用伽罗华域gf(28)的码元,域生成多项式为p(x)=x8+x4+x3+x2+1,码生成多项式为(x-1)(x-a)(x-a2)(x-a3)……(x-a15),a=02hex0加上rs码前、后的tsp(传送流包),如图5所示。
划分块层时,以tsp为单位进行划分,每一块层内有相同的编码参数。
关于延时补偿,当各个块层的码率不一样时,用来对字节交织引起的延时差进行补偿,它们以tsp为单位调整延时。
关于能量扩散,用prbs(伪随机二进制序列)在块层基础上以比特为单位与同步字节除外的数据流进行模2和。prbs的生成多项式为g(x)=x15+x14+1。15个移位寄存器的初始化值从低位起为“100101010000000”,每-ofdm帧开始时初始化一次。字节交织度i=12字节,采用具有12条支路、包含fifo(先进先出)移位寄存器的forney方法来实现字节交织。交织和去交织导致发送和接收合计的数据延时量为(17×12×11)字节(相当于11个tsp)。
图6示出了约束长度k=7、基本编码率为1/2的卷积编码电路。可供选择的内码编码率及此时的缩短式传送信号(缩短码)示于表4。
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